吐鲁番市葡萄沟景区崩塌地质灾害变形破坏模式研究

陈 首

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)



吐鲁番市葡萄沟景区崩塌地质灾害变形破坏模式研究

陈 首

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

在对新疆吐鲁番市葡萄沟景区野外实地调查的基础上，同时结合研究区自然地理概况和地质条件的分析，以研究区内发育的29处崩塌危岩体(带)地质灾害点作为研究对象，对区内崩塌危岩体(带)地质灾害的孕灾条件、变形破坏模式以及主要影响因素等内容进行分析和评价。研究结果表明：葡萄沟景区内重要灾害点危岩体变形破坏模式主要划分为倾倒式、坠落式和滑移式等三种类型，而影响危岩体(带)的主要控制因素是卸荷裂隙和风化裂隙，主要诱发因素为暴雨、地震和人工切坡。

葡萄沟景区；崩塌；变形破坏模式；影响因素

崩塌是在特定自然条件下形成的一种地质灾害类型，具有下落速度快、发生突然等特点[1]。研究区位于吐鲁番盆地火焰山西段的葡萄沟河谷内，地貌类型为构造剥蚀低山地貌中的峡谷地貌，山脊向两侧倾斜，峡谷两岸谷坡陡峻，沟谷狭窄，地形起伏变化较大。受火焰山背斜的影响，区内岩性岩相变化大，岩层风化裂隙和卸荷裂隙发育，岩体风化较严重，岩土体工程地质条件较差。随着国家“一带一路”战略的提出，人类工程经济活动将会进一步加剧该地区地质环境和生态环境的破坏，导致在汛期极易引发崩塌、滑坡等地质灾害的发生。

因此，本文在野外实地调查和室内资料收集整理分析的基础上，参考相关研究成果[2-6]，以研究区内发育的29处崩塌危岩体(带)地质灾害点作为研究对象，对区内崩塌危岩体(带)地质灾害的孕灾条件、变形破坏模式以及主要影响因素等内容进行分析和评价，进而为崩塌危岩体(带)地质灾害防治方案提出建议，同时也为崩塌危岩体(带)的防治工程设计、施工提供地学依据。

1 研究区孕灾条件分析

1.1 自然地理概况

研究区位于新疆维吾尔自治区吐鲁番市北东侧的葡萄沟内，总面积4.9 km2，其中重点调查区面积1.28 km2，一般调查区面积3.62 km2，研究区所在的葡萄沟行政区划隶属吐鲁番市，是著名的AAAAA级景区，南距吐鲁番市7 km，西距乌鲁木齐市184 km，交通比较方便。

根据吐鲁番市气象站等代表性测站多年观测资料，吐鲁番市气候异常燥热，日照充足，热量丰富，素有“火洲”之称。全年无霜期长达270 d，日照时数达3 054 h以上，全年积温达5 500℃以上。年降水量在10～16 mm，盆地最低处的艾丁湖年降水量仅有7.8 mm或无降水。吐鲁番市6-8月平均气温为25℃～35℃，极端最高气温达48℃以上，地面直射最高温度为76.6℃，沙丘表面最高温度达82.3℃。虽然吐鲁番市降水量不大，但较为集中，常形成时间短、强度大的降水(暴雨)。大降水主要集中在夏季(6-8月)，占全年降水量的70%～80%以上。

1.2 地形地貌

研究区位于火焰山南麓。火焰山呈近东西向横贯于吐鲁番盆地中部，在地貌上将盆地分为南北两部分。研究区总地势北高南低，地貌类型主要包括构造剥蚀地形和剥蚀堆积地形两大类。其中，构造剥蚀地形主要分布于研究区河谷两侧，主要为构造剥蚀低山类型，山体被葡萄沟沟谷横向切割，山谷内山体奇峻，地形起伏变化较大，地形坡度多在55°左右变化。而剥蚀堆积地形主要分布于研究区葡萄沟北侧沟口至南侧出山口地段，河谷平原地势北高南低，由葡萄沟口向南南西倾斜，由于河谷内人类工程活动密集，目前河谷两侧阶地基本已被人为改造为耕地、园地或住宅用地。研究区中部和北侧剥蚀构造低山地形地貌如图1和图2所示。

图1 研究区中部剥蚀构造低山 图2 研究区北侧剥蚀构造低山

1.3 地层岩性

研究区及附近区域出露的地层主要为第四系下更新统和全新统。其中：第四系下更新统分布于研究区东西两侧第一斜坡带危岩体(带)上，其中在Ⅰ-Ⅴ号重点勘查区危岩体(带)上均有出露，岩性主要以灰色巨厚的西域砾岩层，钙质胶结，夹有细砾岩、砾状砂岩及砂质泥岩的透镜体为主，岩层产状为340°～351°∠1°～5°，厚度大于50 m。而第四系全新统主要包括全新统坡积层和全新统冲积洪积层，分别分布于研究区葡萄沟东西两侧第一斜坡带山坡上及坡脚处和葡萄沟现代河床中。

1.4 地质构造及新构造运动

在区域地质构造上，主要包括火焰山逆断裂褶皱带(火焰山背斜)、火焰山山前坳陷以及吐鲁番大断裂，对研究区及附近的地形地貌特征和地层岩性分布状况起到了控制作用。此外，由于吐鲁番盆地地质构造复杂，新构造运动剧烈，属地壳基本稳定区，许多断层呈现继承性长期活动，导致盆地内及周边地区地震频率高，活动强度大。根据新疆地震动峰值加速度区划划分结果，吐鲁番市葡萄沟处在地震动峰值加速度0.10 g范围内，地震基本烈度相当于Ⅶ度。

1.5 人类工程活动

葡萄沟旅游区是新疆为数不多的5A级景区之一。近年来，随着旅游业的快速发展，研究区内的人类工程经济活动也逐渐开始增强，进一步加剧了该地区地质环境和生态环境的破坏，导致在汛期极易引发崩塌、滑坡等地质灾害的发生。其中，葡萄沟西岸人类工程活动为沿坡脚修筑各类民房设施，而葡萄沟东岸人类工程活动为沿坡脚修筑各类旅游设施及水利设施。

2 研究区崩塌地质灾害变形破坏模式

2.1 倾倒式崩塌危岩体(带)

裂隙的切割使危岩与母岩基本脱离，危岩体底界临空条件好，在变形破坏时，危岩体的顶部首先脱离母体，然后沿基座支点转动，从而发生倾倒式破坏。在野外实地调查过程中，在WY04、WY05、WY07、WY09-WY13、WY15、WY16、WY19陡崖面均发育了规模较小的倾倒式崩塌破坏模式，危岩体层面陡倾，顶部后缘垂直裂隙发育，产状一般在270°∠75°左右，张开宽度在1～20 cm不等，危岩大部分与母岩脱离，一旦发生强降雨、地震等，危岩体的顶部首先脱离母体，然后沿底部基座支点转动而发生倾倒式崩塌。体积一般在46.08～8111.45 m3，属于小型崩塌危岩体(带)。在陡崖上分布的WY05和WY09倾倒式危岩体如图3和图4所示。

图3 WY05倾倒式危岩体 图4 WY09倾倒式危岩体

2.2 坠落式崩塌危岩体

坠落式崩塌危岩体指悬于岩腔上方的岩块或岩体，在自然或人为因素作用下遭到破坏或稳定失衡，以坠落方式塌落于岩腔底部。该种变形破坏模式的危岩多分布于陡崖上方的悬块型或悬臂型危岩，危岩的规模通常较小。坠落类危岩失稳，多从80°左右的陡崖上部或顶部开始，坠落至岩腔底部或下方斜坡。该类危岩的控制因素是危岩体上卸荷裂隙的发育，卸荷裂隙逐步贯通，一旦裂隙发育切割整个危岩体，危岩体在重力作用下从母体突然脱离失稳产生崩塌。在陡崖上分布的WY08坠落式危岩体如图5所示。

研究区内坠落式危岩体发育在岩质陡崖处，仅WY01、WY03、WY06、WY08属于此种破坏形式的危岩体，危岩体积分别为31.2 m3、494.45 m3、79.2 m3和3 509.48 m3，均属于小型崩塌危岩体。

2.3 滑移式危岩体(带)

滑移式危岩体(带)指危岩在自然或人为因素作用下遭到破坏或稳定失衡，离开母体沿软弱结构面向下滑移，从陡崖处崩塌滑落于下方斜坡。研究区内滑移式危岩体(带)均为岩质危岩体(带)。该类型的危岩主要受危岩体内发育的后缘裂隙以及软弱夹层的控制，与母岩体已基本分离，陡崖面发育的裂隙将危岩体切割成相对独立的块体。基座岩体岩层倾向与坡面倾向基本一致，软弱夹层构成潜在的滑移面，滑移面倾角小于岩层倾角，对危岩稳定性不利。当发生地震或受外力作用时，易沿此滑移面下滑。在陡崖上分布的WY14坠落式危岩体如图6所示。

研究区内滑移式危岩体(带)分布在葡萄沟西侧民房陡崖处，仅WY02、WY14、WY17、WY18属于此种破坏形式的危岩体(带)，如WY02后缘裂缝有2条，产状大致为105°∠85°，其中较大的裂缝张开宽度10～50 cm，后缘基本被掏蚀空，基座底部有少量碎石充填，而另外一条裂缝张开宽度2～3 cm，碎石充填，滑移面较平整，未见到明显擦痕。体积为550.45 m3、属于小型滑移式崩塌危岩体。

图5 WY08坠落式危岩体 图6 WY14滑移式危岩体

除上述重要灾害点危岩体外，在研究区东西两侧还发育有10处崩塌危岩体(一般灾害点)，其崩塌代号XB01-XB10。根据野外调查，这10个崩塌危岩体的变形破坏模式主要以倾倒式或坠落式为主。

3 研究区危岩形成主要影响因素分析

研究区内危岩体的形成主要受后缘卸荷裂隙和风化裂隙控制，两组结构面将崖体切割成独立块体。

3.1 后缘主要卸荷裂隙

研究区西侧危岩体后缘裂隙弱发育，东侧危岩体一般发育1-2组后缘裂隙，根据地面测绘综合分析，危岩体发育的多组裂隙中存在1组最为不利的卸荷裂隙，为主要卸荷裂隙。

东侧危岩体后缘主要卸荷裂隙产状为270°～280°∠70°～85°，裂隙延伸方向与陡崖总体走向基本平行，尤其是倾角大于80°危岩体占总比例的80%以上，裂隙呈线型展布。裂隙距离陡崖面距离在1～6 m，一般为闭合～微张，倾向方向上显示上宽下窄，下部逐渐变窄直至尖灭，张开宽度在3～10 cm，一般无充填。该组裂隙延伸性好，切割砾岩体发育，在陡崖面处延伸具有平行陡崖面追踪性。裂隙延伸长度一般在2～10 m。

通过对东侧崩塌危岩体后缘卸荷裂隙分析，东侧危岩体后缘卸荷裂隙延伸方向基本与崩塌危岩体临空面走向一致，说明后缘裂隙的形成与崩塌危岩体的发育密切相关。后缘裂隙的宽度与崩塌危岩体的发育程度具有很大的相关性。

3.2 陡崖面风化裂隙

研究区西侧危岩体裂隙弱发育，主要分布在东侧危岩体，危岩体陡崖面主要发育两组风化裂隙。第一组为垂直于陡崖面，第二组斜交于陡崖面。东侧危岩体陡崖面第一组风化裂隙，垂直于陡崖面，产状为270°～280°∠80°～90°。裂隙一般为闭合-微张，缝宽一般在1～9 cm之间，无充填。裂隙延伸性一般不穿层。第二组风化裂隙，斜交陡崖面，产状为200°～240°∠60°～70°。裂隙一般为闭合～微张，缝宽都在2～7 mm之间，无充填。裂隙延伸性较好，穿层发育，贯通性好，大部分由陡崖顶面贯穿到坡脚。因此，研究区内危岩在卸荷裂隙及两组风化裂隙相互贯通的控制下，大部分与母体分离，危岩被分割，形成板状或柱状的独个危岩体，极易形成崩塌。

4 结语

在野外实地调查和室内资料收集整理分析的基础上，以研究区内发育的29处崩塌危岩体(带)地质灾害点作为研究对象，对区内崩塌危岩体(带)地质灾害的孕灾条件、变形破坏模式以及主要影响因素等内容进行分析和评价，可以看出：区内西岸危岩体少，东岸危岩体(带)多，西岸危岩体相对规模小，东岸危岩体(带)相对规模较大，西岸危岩体危岩体相对矮，东岸危岩体(带)相对高；西岸危岩体以坠落式、滑移式为主，东岸危岩体(带)以倾倒式、坠落式、滑移式为主，西岸危岩体威胁当地居民为主，东岸危岩体(带)威胁游客和旅游设施为主。而影响危岩体(带)的主要控制因素是卸荷裂隙和风化裂隙，主要诱发因素为暴雨、地震和人工切坡。通过对吐鲁番市葡萄沟景区崩塌地质灾害变形破坏模式和主要影响因素的分析，一方面可以为崩塌危岩体(带)地质灾害防治方案提出建议，同时也为崩塌危岩体(带)的防治工程设计、施工提供地学依据。

[1]潘懋,李铁峰. 灾害地质学[M]. 北京大学出版社.2012.

[2]张菊秀, 贺根义. 吐鲁番市葡萄沟景区崩塌地质灾害形成机制与治理研究[J].西部探矿工程.2015.27(4): 137-139.

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2016-12-26

陈首(1982-)，男，陕西西安人，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质方面的工作。

P642.21

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1004-1184(2017)03-0194-02